Самоочищающийся бетон, роборыба и нейросеть для металла – мысль бьет ключом!

Технологии и материалы

Создан и запатентован самоочищающийся бетон.

Самоочищающийся бетон на основе сырья, содержащего отходы лакокрасочных материалов, разработали ученые ЮУрГУ. Новый строительный материал биологически безопасен и может использоваться для сохранения чистоты внешней отделки зданий.

Бетон может самостоятельно разлагать на своей поверхности органические загрязнения от выхлопных газов, дыма и промышленных выбросов, которые затем легко смываются дождем. Эффект самоочищения достигается за счет добавления в состав бетонной смеси шлама лакокрасочного производства.

Шлам содержит гипс и редкие природные минералы диоксида титана. Работая как ускоритель химических процессов, диоксид титана активизируется под воздействием солнечного света и путем мощной окислительной реакции разлагает на поверхности материала вредные вещества на безопасные компоненты, после чего они естественным образом удаляются в непогоду, например, смываются дождем.

Создан клей для быстрого прокладывания дорог.

Разработка принадлежит ученым Московского государственного университета – она позволяет бороться с бездорожьем.

Клей представляет собой растворенные в воде полимерные частицы микронного размера, которые смешивают с грунтом, а в результате высыхания образуется плотный блок из сцепленных друг с другом фрагментов почвы.

Клей позволяет строить и ремонтировать дороги минимальными средствами, без привозного материала, что в разы снижает стоимость работ. Все компоненты для изготовления клея можно получить из отечественного сырья.

С помощью добавок к клею можно запрограммировать дорогу на определенный срок службы, после чего на ее месте прорастут семена. Также состав можно использовать при строительстве дорог общего назначения как гидроизоляционный материал, в сельском хозяйстве для формирования террас на склонах холмов, а также для скоростного сооружения взлетно-посадочных полос.

Ученые выяснили, как предотвратить неровности на дорогах.

В слоях автомобильных дорог из-за многократной нагрузки от транспортных средств на определенных участках образуются неровности в виде прогибов. Ученые Пермского Политеха исследовали, как возникают просадки, и предложили конструкцию дорожной одежды, которая позволяет строить автомобильные дороги и улицы более устойчивыми к их образованию.

Совокупность слоев дорог или дорожная одежда бывает жесткой и нежесткой. Именно на стыке двух разных дорожных одежд возникают прогибы еще задолго до истечения срока службы верхнего слоя.

Ученые предположили, что проблема связана с воздействием от проезжающих по дороге колес автомобиля. Они провели расчеты сил колесной нагрузки и выяснили, что крутящий момент, передаваемый от колеса на покрытие, создает «завихрение» нагрузки на стыке жесткой и нежесткой дорожных одежд.

Чтобы уменьшить этот эффект, ученые спроектировали конструкцию соединения двух типов дорожных одежд на участке их стыка. Для этого они использовали между слоями геосинтетическую решетку – строительный материал, который состоит из скрепленных между собой в виде сот полимерных лент. Этот материал позволяет равномерно распределить силы от внешних нагрузок, вызываемых при проезде автомобиля.

Ученые рассчитали, как предотвратить опасные грунтовые оползни в городе.

Для повышения устойчивости насыпей широко применяется армирование строительными геосинтетическими материалами, например, геоячейками, георешеткой и геотекстилем. Ученые Пермского Политеха выяснили, стоит ли заменять геосинтетик альтернативой – бетонными монолитными плитами.

Их преимущество состоит в том, что они изготавливаются прямо на месте и имеют сквозные вертикальные отверстия в виде усеченных к низу конусов. Эти конусы обеспечивают фильтрацию поверхностных и грунтовых вод через грунтовый массив откосов, а также дают более прочное сцепление плит с землей. Такие плиты размещают горизонтально внутри насыпи с помощью строительных механизмов.

Ученые изучили устойчивость трех насыпей высотой 20 м и углом наклона откоса 45 град. В первом случае проанализировали насыпь без армирования, во втором – укрепленную одной плитой, а в третьем – двумя. Расчеты выполнялись с помощью специальной компьютерной программы.

Оказалось, что коэффициент устойчивости после армирования насыпи одной плитой вырос почти на 21% по сравнению с неукрепленной. А при использовании двух монолитных плит показатель достигает 25, 16 и 19% в зависимости от расстояния между плитами по вертикали. Чем больше это расстояние, тем меньше увеличение коэффициента устойчивости по сравнению с неукрепленной насыпью.

Разработан способ переработки техногенных отходов в износостойкое защитное покрытие.

Ученые Пермского Политеха предложили использовать обезвоженный шлам, образованный при очистке пылевых и газовых выбросов, в составе термостойкой антикоррозионной композиции для защиты поверхностей металлических конструкций и оборудования, изделий из бетона. На состав эпоксиуретановой композиции для покрытий получен патент.

Ученые обосновали рецептуру такого защитного покрытия, в состав которого входит обезвоженный шлам с высоким содержанием оксида алюминия. Минеральная добавка к эпоксиуретановой композиции использована для направленного регулирования эксплуатационных свойств получаемого покрытия. В исследованиях оценивались физико-механические характеристики образцов покрытия с минеральной добавкой 9-18% содержания по массе в сравнении с контрольным образцом. Так, введение в состав композиции добавки в количестве 12-18% увеличивает относительную твердость и износостойкость.

Сырьевая рецептура для изготовления покрытия с добавлением отхода превосходит известные аналоги по показателям твердости, прочности и  химической стойкости. Также была разработана технологическая схема производства покрытия с добавлением шлама из системы очистки пылегазовых выбросов, позволяющая производить более 2 тыс. тонн продукции в год.

В мире «цифры»

Разработана роборыба.

В научно-образовательном центре робототехники и мехатроники Самарского университета имени Королева разработали дрон «Окунь» для подводных исследований.

Водонепроницаемый корпус дрона изготовили на 3D-принтере, внутри размещены литиевые батареи, микроконтроллер, система технического зрения, приемопередатчик, накопитель данных и навигационный комплекс с датчиками курса, глубины и углов наклона.

Дрон представляет собой рыбообразный подводный микроаппарат с нейтральной плавучестью. Его масса – 1,6 кг, длина – 85 см. Хвостовая часть корпуса гибкая за счет полиуретановых «позвонков».

Роборыба может работать на глубине до 5 м, перемещаясь с помощью хвостового плавника. Дрон оснащен системой технического зрения и обладает зачатками ИИ, самостоятельно ориентируется под водой, обходит препятствия и обнаруживает заданные предметы.

По замыслу конструкторов, дрон сможет выполнять различные исследования, проводить обзорные и аварийные работы. Например, дрон может быть использован для обследования построенных конструкций, находящихся под водой, – дамб, мостов.

Создан импортонезависимый крупногабаритный 3D-принтер.

В Госкорпорации «Росатом» его создали за 2 мес. командами из 20 различных специальностей.

3D-принтер «Хайтек 800» имеет размер рабочего поля 800 мм. Его себестоимость составила 350 тыс. руб., в то время как аналогичный 3D-принтер, производимый в Китае, стоит 2 млн руб., но его сложно ввезти в Россию. При его изготовлении использовались 11 программных продуктов, каждый из которых полностью российский.

Вместе с 3D-принтером была создана цифровая модель «Хайтек 800» и конструкторская документация, которая позволяет запустить завод по выпуску 100 таких устройств в месяц. Комплект документации покрывает все этапы производства – от выпуска серийного производства до строительства завода.

Также создана методика обучения рабочих внедрению новых производств, отработан алгоритм быстрого строительства заводов, отвечающих современным требованиям. Полученные навыки можно будет использовать и при организации производств другой высокотехнологической продукции.

Представлена обновленная модель 3D-принтера российского производства.

3D-принтер Rusmelt 310М для изготовления металлических изделий методом селективного лазерного сплавления представила компания ООО «РусАТ». Модель была создана с учетом пожеланий российских промышленных предприятий и ключевых корпораций, встав на одну ступень с лучшими принтерами мировых производителей.

В новой версии принтера появились новые сканирующие модули, увеличены объем построения и скорость печати, стала выше эффективность использования материалов. При этом модульная система позволяет быстро производить смену материалов, обновленная система обдува обеспечивает более эффективное удаление побочных продуктов процесса сплавления, влияющих на качество печати. Также снизилась степень участия человека в процессе производства.

Принтер может производить любые детали объемом до 300х300х370 мм.

У модели полностью отечественное ПО, унифицированное со всей линейкой оборудования ООО «РусАТ». С учетом закупки комплектующих срок изготовления одного принтера занимает 8 месяцев. 3D-принтер RusMelt 310М уже включен в Реестр промышленной продукции, произведенной на территории России.

В ПНИПУ узнали, может ли ChatGPT писать коды для создания 3D-моделей зданий.

Ученые Пермского Политеха протестировали ИИ ChatGPT для написания кодов, чтобы выяснить, возможно ли с его помощью создавать трехмерные модели без специальных навыков.

Исследователи писали в ChatGPT запросы создать код для трехмерной модели, начиная с простых геометрических форм, архитектурных элементов и заканчивая сложными математическими фигурами. Всего провели около 20 тестов. Полученные результаты загружали в программы Blender и OpenSCAD, которые формируют трехмерные модели на основе программного кода.

После успешного опыта с простыми геометрическими формами аналогичным способом ученые попытались создать целые здания. Код выполнен без замечаний компилятора, но получившаяся фигура не соответствовала запросу и представляла собой набор кубов разных размеров.

Далее ученые Пермского Политеха предприняли еще несколько попыток,  выбрав в качестве объектов в запросах более сложные математические формы. И была получена трехмерная параметрическая модель.

Так выяснилось, что для создания качественных моделей важно указать, какой язык программирования используется в программе 3D-моделирования, какие именно параметры должны быть изменяемыми. Для простых фигур – высота, ширина, длина. Для сложных, например, количество витков, амплитуда волн и другие, которые зависят от конкретной фигуры. Также стоит попросить ChatGPT написать подробные комментарии по работе кода.

Разработанный учеными подход позволит создать трехмерные модели, которые могут быть импортированы в архитектурные программы. А уже в них проведен расчет прочности, стоимости, выбор материала, разработка узлов сопряжения и т.д.

Создана нейросеть, предотвращающая поломки в металлургии и не имеющая аналогов в мире.

Инженеры Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) впервые в России создали датчик и нейросеть, совместная работа которых минимизирует количество поломок на металлургических заводах. Прямых аналогов такого решения в мире не существует.

ИИ совместно с датчиком отслеживают состояние низкоскоростных высоконагруженных подшипников, применяемых на металлургических заводах. Поводом для создания решения послужило то, что традиционные методы диагностики низкоскоростных подшипников на металлургических производствах малоэффективны, и существует проблема аварийной остановки оборудования и незапланированного простоя.

Так, инновационный датчик измеряет тепловой поток, который отходит от подшипника, и передает данные по беспроводному каналу нейросети. ИИ анализирует эти данные в режиме реального времени, а когда возникают отклонения, система сама делает выводы о приближающемся моменте разрушения подшипника и передает информацию оператору. Так подшипник вовремя меняют на новый. 

Эвелина Ларсон

Этот материал опубликован в ноябрьском  номере Отраслевого журнала «Строительство». Весь журнал вы можете прочитать или скачать по ссылке: https://www.ancb.ru/files/pdf/pc/Otraslevoy_zhurnal_Stroitelstvo_-_2023_god_12_2023_pc.pdf